Измерение низкой альфа-активности материалов микроэлектроники: методика и оборудование

4) Газовая система выполнена с газовым фильтром и обеспечивает беспрерывную работу прибора в течение не менее 400 часов,

5) Блок детекторов располагается внутри герметичной камеры с открывающейся и закрывающейся герметизируемой дверью,

6) Камера герметично стыкуется с легкозаменяемым перчаточным боксом для загрузки-выгрузки образцов.

Разработанная конструкция камеры образца позволяет избежать систематических ошибок из-за активности дна камеры образца и лотка. Результат достигается: путём увеличения расстояния между детектором и дном камеры, которое обеспечивает нечувствительность прибора к активности этой детали корпуса; полным перекрыванием лотка образцом; перемещением лотка в нечувствительную для детектора зону при измерении фона прибора без промежуточного открывания камеры.

В ходе макетных исследований было принято решение ограничить максимальную площадь образца 1500 см2, что обеспечит максимальный вес образца свинца 8 кг. При этом решено установить лоток для образца в камере неподвижно, а перемещать относительно него более лёгкий блок детекторов. В конструкцию внесены изменения, в соответствии с которыми изготовлен опытный образец прибора. В шестом разделе дано описание конструкции опытного образца созданного прибора. Сборочный чертёж прибора дан в Приложении 6 к диссертационной работе. Прибор состоит из следующих частей: 1) рабочая камера, 2) система напуска рабочего газа, 3) блок детекторов, 4) система перемещения детекторов, 5) блок питания, 6) блок обработки сигнала, 7) столик для лотка, 8) лотки для образцов, 9) загрузочный шлюз, 10) блок сбора-хранения информации, 11) программное обеспечение [13].

Седьмой раздел главы посвящён анализу результатов тестирования опытного образца созданного прибора и исследованиям оптимальных режимов его работы.

Рисунок 4 - Счётная характеристика первого детектора

Для выбора оптимального рабочего напряжения была снята счётная характеристика для каждого детектора с использованием стандартного источника альфа-излучения Pu 239 (5,15 МэВ; 1,59 имп/сек). Счётная характеристика снималась при расстоянии детектор - образец 5 мм. При удалении детектора от образца на 100 мм уровень счёта становился фоновым.

Рисунок 5 - Фон прибора без изоляции электродов

Счётная характеристика первого детектора приведена на рисунке 4. Длина плато составила 200 В (от 750 В до 950 В), наклон плато - 0, 04 % на 1 В, рабочее напряжение высоковольтного питания 850 В. Были проведены измерения фона при полностью активной поверхности детектора - без электромагнитной изоляции проводников анода на 100 мм с каждой стороны. Так как использовались альфа-активные материалы корпуса и деталей детектора, измеренный фон отличался от рабочего в 500-1000 раз (рисунки 5, 6).

1) конструкция прибора обеспечивает низкий собственный фон прибора на уровне не более 0,6 отсчётов/час при применении схемы антисовпадений,

2) конструкция прибора позволяет вести попеременный счёт фона и активности образца без вскрытия камеры прибора,

3) конструкция прибора обеспечивает низкий собственный фон прибора на уровне не более 0,6 отсчётов/час при применении схемы антисовпадений,

4) конструкция прибора позволяет вести попеременный счёт фона и активности образца без вскрытия камеры прибора,

5) при рабочем напряжении на детекторах 850 В возможно уверенно установить нижний энергетический порог детектирования альфа-частиц прибором на уровне 1 МэВ.

Нижний предел детектирования прибора при 24 часах измерения и рабочем фоне 0,6 отсчётов в час составляет 0,0004 альфа-распадов с см2. Такой уровень рабочего фона прибора позволяет достоверно измерять активность образца 0,001 б/(час·см2) площадью 1500 см2 за 5 часов.

Таким образом, в результате исследования впервые был создан измеритель уровня альфа-излучения материалов и изделий с чувствительностью 0,0005 альфа-распадов с см2 в час и рабочей площадью 1500 см2. Эффективность применения прибора определяется его высокой чувствительностью, большой площадью и низким собственным фоном.

Прибор может применяться для измерения ультранизкой альфа-активности материалов микроэлектроники, геологических и экологических образцов.

В восьмом разделе главы описана разработка калибровочного источника для низкофонового счетчика альфа-частиц большой площади. Основным критерием при выборе материала источника является соответствие его альфа-активности требуемому уровню и стабильность этой активности вне зависимости от партии выпуска материала. Проведённые исследования показали следующее [12]:

Рисунок 7 - Рабочая камера опытного образца прибора с установленным блоком детекторов

1. Калибровочный источник, представляющий собой плоскопараллельные слитки свинца ER4 с активностью 0,2±0,006 б/(час·см2) показывают высокую стабильность измеряемого альфа-излучения (отклонения альфа-активности не превышали 5% за 4,5 года).

Очистка калибровочного источника ER4 путем травления его поверхности позволяет восстановить исходную альфа-активность после загрязнения или окисления на воздухе.

2. Калибровочный источник, представляющий собой пластины из меди марки М0к с вакуумным напылением активного вещества толщиной 40 мкм с активностью 0,001±0,0005 б/(час·см2) в долговременных измерениях показывают высокую стабильность измеряемого альфа-излучения, но при хранении напылённый слой легко окисляется, что приводит к невосстановимому повышению альфа-активности.

В заключении сформулированы основные выводы и результаты диссертационной работы:

1. Выявлена неконтролируемая систематическая погрешность существующих серийных газовых пропорциональных счётчиков альфа-частиц большой площади.

2. Разработан метод измерения спектральной чувствительности счётчиков альфа-излучения.

3. Разработана и внедрена методика производственного контроля низкой и сверх низкой альфа-активности материалов микроэлектроники.

4. Создан опытный образец газового пропорционального счётчика для измерения уровня альфа-излучения материалов и изделий с фоном 0,6 отсчётов в час при рабочей площади детектора 1500 см2 с калибровочным источником активностью 0,2±0,006 б/(час·см2).

СПИСОК ЦИТИРОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. May T.C. Alpha-Particle-Inducted Soft Errors in Dynamic Memories/ May T.C., Woods M.H. // IEEE Trans. on Electron Devices. - 1979. - v.26. - P.2-9.

2. Дементьев В.А. Измерение малых активностей радиоактивных препаратов. - М.: Атомиздат. - 1967. - 140 с.

3. Алексеев Г.Д. [и др.] О точности пространственного расположения и натяжении проволочных электродов в пропорциональных камерах // ПТЭ. - 1978. - № 4. - C. 47-50.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

1. Манакова А.Ю., Манаков Ю.Г. Построение приборов для измерения низкой альфа активности материалов микроэлектроники // Тезисы докладов VI Международного совещания «Проблемы прикладной спектрометрии и радиометрии». - п. Менделеево. - 2002. - С. 25.

2. Манакова А.Ю., Махнёва О.В. Методы измерения альфа - активности материалов интегральных схем // Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции «Микро- и нано-электроника - 2001». - Звенигород. - 2001. - Р3-52

3. Манаков Ю.Г., Манакова А.Ю. Альфа-активность материалов микроэлектроники и её измерение // Перспективные материалы. - 2004. - №1. - С. 90-95.

4. Манаков Ю.Г., Манакова А.Ю. Вопросы влияния помех на работу низкофоновых счётчиков альфа-частиц // Механика и процессы управления. Труды XXXVIII Уральского семинара. - Екатеринбург: УрО РАН. - 2008. - т. 2. - С.250-256.

5. Манакова А.Ю., Махнёва О.В. Учёт активности лотка при измерениях низкой поверхностной альфа активности низкофоновым газовым пропорциональным детектором модели 1950 производства фирмы “Spectrum Science” (США) // Тезисы докладов VI Международного совещания «Проблемы прикладной спектрометрии и радиометрии». - п. Менделеево. - 2002. - С.26.

6. Бердников А.А., Захарьяш С.М., Манакова А.Ю., Межуева Л.Е., Пушин М.В., Толстухин Ю.Б., Федотова И.В. Особенности измерения альфа-активности образцов ниже 0,005 ??час/см2 на газовых пропорциональных счётчиках модели 1950 «Spectrum Sciences», США. // Тезисы докладов I Всероссийской конференции «Аналитические приборы». - С.-Петербург. - 2002. - С.273.

7. Манакова А.Ю., Манаков Ю.Г., Мельгунов М.С. Спектральная чувствительность газового пропорционального счётчика модели 1950 производства фирмы “Spectrum Science”, США // Тезисы докладов VI Международного совещания «Проблемы прикладной спектрометрии и радиометрии». - п. Менделеево. - 2002. - С.27.

8. Манаков Ю.Г., Манакова А.Ю. Проблемы измерения низких уровней поверхностной альфа-активности материалов микроэлектроники. // Перспективные материалы. - 2005. - №1. - С.97-102.

9. Захарьяш С.М., Манакова А.Ю., Манаков Ю.Г., Межуева Л.Е., Мерзляков П.Г., Пушин М.В., Федотова И.В. Влияние геометрии образцов на измерение альфа-активности материалов на газовых пропорциональных счётчиках модели 1950 производства фирмы “Spectrum Science”, США // Тезисы докладов I Всероссийской конференции «Аналитические приборы». - С.-Петербург. - 2002 - С.272.

10. Манакова А.Ю., Манаков Ю.Г., Махнёва О.В., Межуева Л.Е., Федотова И.В. Измерение низкой альфа-активности материалов // Тезисы докладов I Всероссийской конференции «Аналитические приборы». - С.-Петербург. - 2002. - С.271.

11. Детектор альфа-излучения : пат. 2269839 Рос. Федерация : МПК H01J47/06 , G01T1/16 / Манаков Ю.Г., Манакова А.Ю., Бердников А.А., Валеев Г.Р.; патентообладатель ЗАО "Материалы микроэлектроники". - 2003110936/09. - заявл. 17.04.2003 - 4 с. : ил.

12. Создание измерителя уровня альфа излучения материалов и изделий с чувствительностью 0,0005 альфа распадов с см2 в час : отчет о НИР по государственному контракту № 2153р/3609 (заключит.) / ЗАО «Чистые технологии»; рук. Манаков Ю.Г. ; исполн.: Манакова А.Ю. [и др.]. - Ижевск, 2006. - 34 с. - № ГР 01.0.40 0 00866.

13. Бердников А.А., Вихляев Н.В., Манакова А.Ю., Манаков Ю.Г., Устинов А.Г.Программное обеспечение низкофоновых имерений альфа-активности газовыми пропорциональными счётчиками // Тезисы докладов I Всероссийской конференции «Аналитические приборы». - С.-Петербург. - 2002. - С.263.

Размещено на Allbest.ru